"Усесвіт — це комп'ютер": ученим вдалося з'ясувати, скільки бітів інформації він зберігає

планета, космос
Фото: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Дослідники отримали вражаючі результати — 10 у 90-му ступені бітів. Тепер вони з'ясують: якщо космос — це комп'ютер, то хто його програмує?

Деякі вчені вважають, що якщо все в Усесвіті — це дані, то сам Усесвіт, по суті, — гігантський комп'ютер із певною програмою. І частиною цих даних є ми, наші думки, планета Земля, наша галактика та все, що є в космосі. З цієї точки зору можна було б оцінити загальний обсяг інформації, що зберігається в Усесвіті, і деякі вчені намагалися зробити це, пише видання interestingengineering.com.

Що таке інформація з погляду фізики

Незважаючи на те, що ми можемо описувати інформацію різними способами, як факти, описи фізичних станів або математичні формули, залишається питання — чи можна її виміряти фізично?

"Мелвін М. Вопсон, дослідник із Портсмутського університету припустив, що інформація — це так званий п'ятий стан матерії і, можливо, навіть та сама таємнича темна матерія, яка, за деякими оцінками, становить близько 27% вивченого нами Всесвіту", — пише ЗМІ.

Проте експериментально це підтверджено. Для порівняння: звичайна матерія, яка включає вас і все, що ви можете спостерігати в Усесвіті, становить лише 5% від усієї матерії.

Як дізнатися, скільки інформації містить Усесвіт

У своїй статті, опублікованій виданням AIP Advances Американського інституту фізики, Вопсон повідомляє, що зміг точно підрахувати, скільки інформації міститься в Усесвіті. Зокрема, він пише: "Я визначив, що кожна частка в спостережуваному Всесвіті містить 1,509 бітів інформації, а в усіх частках матерії спостережуваного Всесвіту зберігається приблизно 6×10^80 бітів інформації".

Щоб математичні розрахунки, проведені дослідником, мали сенс, необхідно прийняти певний принцип, сформульований ним у тій статті. Він свідчить, що "інформація є фізичною, інформація реєструється фізичними системами, і всі фізичні системи можуть реєструвати інформацію".

Намагаючись оцінити "інформаційну ємність" космосу, вчені спиралися на теорію інформації, висунуту математиком Клодом Шенноном. Вопсон розробив формулу, яка обчислює загальну кількість протонів у Всесвіті, що спостерігається, — так зване число Еддінгтона. Виходячи з цього числа, дослідник оцінив кількість усіх елементарних частинок у Всесвіті та кількість інформації про себе, що міститься в кожній частинці.

інформація, зв'язок, схема
Схема системи зв'язку, згідно з теорією інформації

Вопсон поставив перед собою завдання з'ясувати, скільки інформації про масу, спін і заряд можуть зберігати протони, нейтрони й електрони, перш ніж екстраполювати результати на весь Усесвіт.

"Уперше такий підхід був використаний для вимірювання інформаційного змісту космосу та забезпечує чітке чисельне прогнозування", — пояснив Вопсон.

"Дослідження вченого має деякі обмеження, оскільки в ньому не розглядають античастинки та нейтрино. Він також робить деякі припущення про передачу та зберігання інформації в Усесвіті. Тим не менш, його робота може служити інструментом оцінки для подальших досліджень і практичних експериментів, що узгоджується з недавніми роботами інших дослідників у цій галузі", — повідомляє ЗМІ.

Чому Всесвіт можна вважати комп'ютером

Вопсон не перший, хто припустив, що інформація може бути ключовим "будівельним блоком" нашої реальності. Фізик Джон Арчибальд Вілер описав цю ідею як "це з біта", де "це" означає все в Усесвіті, а "біт" стосується інформації.

Сет Ллойд, професор Массачусетського технологічного інституту, який спеціалізується на квантовій інформації, розглядає космос як гігантський комп'ютер, називаючи його "фізичною системою, що розділяє інформацію на біти та систематично перевертає ці біти".

Він наводить приклад електрона, спін якого, згідно з законами квантової механіки, набуває одного з двох значень — "вгору" або "вниз". Ллойд порівнює це з комп'ютерними бітами, найдрібнішими одиницями цифрової інформації, які також приймають два значення — або 0, або 1. Оскільки кожна елементарна частка містить інформацію, те саме робить і Всесвіт, який, як допускає Ллойд, також обробляє цю інформацію певним способом, що робить її дуже схожою на комп'ютер.

Всесвіт не просто схожий на комп'ютер, а є комп'ютером, у якому всі зміни в ньому можна розглядати як "обчислення".

стверджує Сет Ллойд, професор Массачусетського технологічного інституту

Ллойд спробував оцінити, скільки елементарних логічних операцій Усесвіт здійснив би з його появи. Він отримав число, близьке до 10^120 (10 у 120-му ступені, число зі 120 нулями). Він також раніше провів власну оцінку того, скільки біт може утримуватися в кількості матерії, що перебуває зараз у космосі, — 10 90 бітів (це число, що має 90 нулів).

"Звичайно, доказ того, що космос — це своєрідний комп'ютер, матиме важливі філософські та практичні наслідки. Але виникає одне важливе питання — хто програмує цей комп'ютер Усесвіту?" — йдеться в статті.

Професор Сет Ллойд припускає, що квантові флуктуації (флуктуація — це випадкове відхилення від будь-якої величини, — ред.) можуть бути відповідальними за всі види фізичних явищ, що програмують Усесвіт і навіть нашу ДНК, хоч і з певним ступенем випадковості.

"Якщо ви відстежите будь-яку випадковість, ви виявите, що насправді вона виникає через невеликі квантові флуктуації, які маскуються під теплові та хімічні флуктуації, — пояснює Ллойд. — Ваші гени також були запрограмовані квантовими флуктуаціями".